Réduction et oxydation in situ de cellules de pile à combustible à

Réduction*et*oxydation*in#situ#de*cellules*de*pile*à*combustible*à*oxyde*solide*
dans*un*Titan*ETEM*
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Q. Jeangros1, A. Faes1,2, J. Van herle2, J.B. Wagner3, R. Dunin-Borkowski3, A. Hessler-Wyser1
1 Centre Interdisciplinaire de Microscopie Electronique (CIME), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
(EPFL), CH-1015 Lausanne, Suisse!
2 Laboratoire d'Energie Industrielle (LENI), EPFL, CH-1015 Lausanne, Suisse
3 Center for Electron Nanoscopy (CEN), Technical University of Denmark (DTU), DK-2800 Lyngby, Denmark
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La!technologie!commune!des!piles!à!combustible!à!oxyde!solide!(SOFC)!est!basée!sur!des!
cellules!à!supports!anode.!Le!support!est!un!cermet!(composite!céramique/métal)! fait!
de! nickel! et! de! zircone! stabilisée! à! l'yttrium.! Le! nickel! est! à! l'état! oxydé! lors! de! la!
production!de!la!cellule!puis!réduit!lors!de!sa!première!mise!en!opération.!Cependant,!en!
raison!d'une!fuite!de!combustible!ou!d’une!densité!de!courant!trop!élevée!par!exemple,!
l’oxydation! du! nickel! peut! se! produire! pendant! l'opération! de! la! pile! à! haute!
température!(550°C!!à!1000°C),!conduisant!à!une!forte!augmentation!de!volume.!Cette!
variation! de! volume! peut! produire! des! contraintes! de! traction! dans! l’électrolyte!
céramique!(10!µm)!et!ainsi!engendrer!des!fissures.!Dès!lors,!le!mélange!des!gaz!diminue!
le!potentiel!électrique!et!les!performances!de!la!cellule!sont!ainsi!fortement!détériorées.!
Afin! de! mieux! comprendre! les! mécanismes! de! réduction! et! d’oxydation! des! supports!
anode,!des!cycles!RedOx!ont!pu!être!observés!in#situ!dans!un!microscope!FEI!Titan!ETEM!
équipé! d'une! cellule! environnementale.! La! microstructure! de! l'anode! après! ! la!
transformation!NiOW>Ni!lors!de!la!réduction!a!pu!être!caractérisée,!révélant!entre!autres!
la!contraction!des!grain!de!NiO!et!la!formation!de!nanoporosités!au!sein!des!grains!de!Ni.!!